
_START_ARTICLE_
محول رقمي تناظري
_START_PARAGRAPH_
ما يسمى بـ مبدل رقمي – تماثلي (بالإنجليزية: Digital-to-analog converter)، المختزل بـ DAC، هو عبارة عن مركبة إلكترونية التي تقوم بتبديل الإشارات الرقمية إلى تماثلية._NEWLINE_تتغير الحوادث الطبيعية بشكل مستمر غير متقطع بحيث يمكن التعبير عنها بإشارات تماثلية(إشارة) يتغير مطالها بتغير هذه الحوادث، ويكون معدل التغير في بعض الأحيان بطيئا جدا كتغيرات درجة الحرارة، وأحيانا أخرى سريعا جدا كالإشارات الصوتية، وبما أن هناك إمكانية تمثيل قيم الإشارات التماثلية (أرقام وحروف) فإن ترميزها هو أفضل طريقة للتعبير عنها، إذ أنه ليس من السهل تخزين أو معالجة أو استرجاع المعلومات بدقة، أو القيام بالعمليات الحسابية أو عمليات المقارنة في حال استخدام الإشارات كقيم تماثلية، أما الحواسيب فهي تستطيع أن تقوم بهذه العمليات بسرعة فائقة وبدقة عالية ولكمية غير محدودة من المعلومات، وذلك باستخدام تقنيات الدارات الرقمية، ونظرا للحاجة الماسة إلى عناصر موافقة "Interfacing" بين الدارات التماثلية والدارات الرقمية تم تصميم المبدلات التماثلية الرقمية "ADC) "Analog-to-Digital Converter) التي تسمح للظواهر التماثلية بالاتصال مع الحواسيب، والمبدلات الرقمية – التماثلية "DAC) "Digital to Analog Converter) التي تسمح للحواسيب بالاتصال مع الحواس الإنسانية والظواهر الفيزيائية الموجودة في الطبيعية.
_START_SECTION_
بنية المبدلات الرقمية – التماثلية "DAC "
_START_PARAGRAPH_
يتألف المبدل كبنية داخلية من:_NEWLINE_1: مسجل Register وذلك لكي يتم حفظ القيم فيه_NEWLINE_2: دارة مفكك ترميز Decoder وهي شبكة المقاومات._NEWLINE_وهذا رسم توضيحي ل: DAC
_START_SECTION_
1: دارة مبدل ذو شبكة مقاومات موزونة
_START_PARAGRAPH_
شكل الدارة هو:_NEWLINE_إن أكبر تيار في الشبكة هو التيار المار عندما توصل المقاومة الأولى(مقاومة كهربائية) والتي قيمتها R وهي تكون MSB والأخيرة تكون LSB وعلى اعتبار أن R هي مقاومة الأساس Base Resistance_NEWLINE_وسيئة هذه الدارة عندما يكون عدد أل Bits كبيرا سيكون عدد المقاومات كبير وأوزانها كبيرة._NEWLINE_وللتغلب على هذه المشكلة كانت الدارة التالية: 4Bits DAC وهي الدارة الموضحة بالشكل:_NEWLINE_إن التيار المشارك في تشكيل الخرج يتحدد بالمدخل الموصول وبالتالي إن أصغر تأثير أو مشاركة هي عندما توصل المقاومة الأخيرة LSB وأكبر مشاركة من المقاومة الأولى MSB_NEWLINE_مثال: أوجد قيمة الخرج المكافئ للقيمة الرقمية 1000 علما أن Vref =5v؟_NEWLINE_Vout = -(Vd*1k/1k +Vc *1k/2k +Vb *1k/4k +Va *1k /8k)_NEWLINE_Vout =-(5+0+0+0)=-5v_NEWLINE_1000 to 5V_NEWLINE_}حيث اعتبرنا {dcba=1000_NEWLINE_} Vout=Vin*(-Rf/R(MSB) {_NEWLINE_سيئة هذا النوع أن وزن المقاومات التي نحتاج إليها كبير._NEWLINE_مثال أوجد مجال المقاومات الأومية المستخدمة في أل DAC ذو شبكة المقاومات الموزونة علما أن تميزية أل DAC هي 12 bits ومقاومته الأساس هي R=10k_NEWLINE_ملاحظة: تعريف التميزية بشكل سطحي هي قدرة الجهاز على تميز المرتبة. والتعريف موجود لاحقا بشكل مفصل._NEWLINE_[10k، 2048 k] أي 10k* 1-12^ 2 حتى 10 k*0^2
_START_SECTION_
2: دارة مبدل ذو شبكة سلمية
_START_PARAGRAPH_
إن حسنة هذا النظام المبين بالشكل هو وجود قيمتين للمقاومات وهما R2 وR_NEWLINE_I = Vref/R، ، , i1= I/2 …. I2=i/4، ، ,, I3 =I/16_NEWLINE_السيئة لهذه الدارة هي عند عدم التشغيل يبقى التيار ثابت_NEWLINE_ويكون الأقرب إلى مكبر العمليات هو LSB والأبعد هو MSB.
_START_SECTION_
2. علاقة (الخرج – الدخل)
_START_PARAGRAPH_
تحدد علاقة (الخرج – الدخل) في المبدل الرقمي – التماثلي (DAC) قيمة جهد الخرج (Vo) من أجل قيمة معينة لكلمة الدخل الثنائية، وبمعرفة القيمة العشرية (D) المكافئة لكلمة الدخل يمكن كتابة علاقة (الخرج – الدخل) كما يلي:
_START_SECTION_
3.العدد الفعال لخانات المبدل التماثلي – الرقمي والرقمي – التماثلي Effective Number of Bits (ENOB)
_START_PARAGRAPH_
ينتج في المبدلات التماثلية الرقمية والرقمية التماثلية العملية (الغير مثالية(خطأ أكبر من خطأ التكميم النظري(المشروح في الفقرة السابقة) بالإضافة إلى التشوية الذي ينتج بسبب لاخطية تابع النقل بين الدخل التماثلي والخرج الرقمي. العدد الفعال للخانات الثنائية للمبدلات التماثلية الرقمية تعطى بالعلاقة:_NEWLINE_حيث S/(N+D) هو نسبة الإشارة الحقيقية إلى الضجيج والتشوية مقدرا بواحدة ألdB_NEWLINE_مسألة: مبدل تماثلي رقمي ذو 10 bits مع جهد كامل المجال VFS=10.24 V ويملك نسبة إشارة إلى الضجيج والتشويه.S/(N+D)=56 dB المطلوب: احسب ENOBخطأ التكميم المتأصل وقيمته الفعالة_NEWLINE_هذا يعني أن عدد الخانات الفعال للمبدل هو 9 خانات، ADC ب10Bits (نظام عد ثنائي)يعطي نفس الأداء إذا كان المبدل مثالي وب 9 خانات فقط،
_START_SECTION_
1- مبدلات التردد إلى جهد كهربائي (F/V)
_START_PARAGRAPH_
قد يكون الدخل الرقمي في تطبيقات التبديل قطارا من النبضات أو شكلا آخر من أشكال الموجات بتردد معين، وفي هذه الحالة يكون التبديل المباشر إلى جهد أكثر ملائمة من اللجوء إلى خيار عد النبضات ضمن فاصل زمني معين، ثم تبديل العد الثنائي الناتج باللجوء إلى الطرق التي مرت معنا سابقا، إن التبديل من تردد إلى جهد بصورة مباشرة يعتمد على توليد نبضة قياسية من أجل كل دورة في الدخل، وهي قد تكون نبضة جهد أو نبضة تيار (أي قدرا محددا من الشحنة)_NEWLINE_بعد ذلك يقوم مرشح تمرير ترددات منخفضة RC (أو مكامل) بتوسيط قيمة قطار النبضات، معطيا جهد خرج متناسب مع تردد نبضات الدخل._NEWLINE_تستخدم تقانات التبديل F/V عندما لا يكون الخرج المطلوب جهدا، ولهذا السبب سنتحدث الآن عن الأحمال في مجال تعديل عرض النبضة
_START_SECTION_
2- تعديل عرض النبضات Pulse – Width Modulation
_START_PARAGRAPH_
تستخدم هذه التقنية لتبديل قطار النبضات الرقمية في الدخل إلى قطار نبضات تردده ثابت ولكن عرض نبضاته متناسب مع قيمة العد في الدخل._NEWLINE_ويمكن ذلك بسهولة باللجوء إلى عداد ومقارن مطالات الساعة ذات تردد عال، وهنا أيضا يمكن استخدام مرشح تمرير ترددات منخفضة بسيط لتوليد جهد خرج مناسب مع متوسط الزمن الذي تكون فيه النبضات في الحالة HIGH أي أنه متناسب مع الدخل الرقمي
_START_SECTION_
3- استخدام المبدل (DAC) كضارب:Multiplying Digital – to – Analog Converter (MADC)
_START_PARAGRAPH_
يمكن كتابة العلاقة لجهد الخرج بالشكل التالي:_NEWLINE_D ;× Vref× Vo=(constant);_NEWLINE_حهد الخرج (Vo) هو ناتج ضرب اشارتي دخل(Vref) و(D) مضروبين بثابت (Constant)_NEWLINE_يسمى هذا المبدل(MADC) إن التحكم بمستوى الإشارة الصوتية بواسطة المعالجات الصغرية هو أحد تطبيقات المبدل الضارب (MADC) (الضوارب)_NEWLINE_فإذا استبدلنا الجهد المرجعي (Vref) بالإشارة الصوتية والتي تتغير ما بين (0V) و(10V) أمكننا التحكم بمستوى إشارة خرج المبدل الضارب عن طريق تغير كلمة الدخل الثنائية بواسطة المعالج، فإذا كانت كلمة الدخل D=0001 يكون تغير إشارة الخرج ما بين (0V) و(0.625V) وإذا كان كلمة الدخل D=1000 يكون تغير إشارة الخرج ما بين (0V) و(5V) وتقابل القيمة الأعظمية لكلمة الدخل D=1111 تغير إشارة الخرج ما بين (0V) و(9.375)._NEWLINE_وجهد المستوى المنطقي '1' من (2V) فما فوق بغض النظر عن قيم جهود التغذية الموجبة والسالبة، كما تستخدم النقطة '1' لضبط جهد العتبة (Vth) للمداخل الرقمية والذي يساوي VTH=1.4V+VLC حيث (VLC) الجهد المطبق على النقطة '1' (عادة يتم وصل '1' إلى الأرض)